1.1DNA重组技术的基本工具(动画很经典)
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课件17：1.1 DNA重组技术的基本工具
1. 载体的必要条件 • 能自我复制，或能进入受体生物细胞并在受体生物
细胞内复制并表达； • 有切割位点 • 有遗传标记基因 • 对受体细胞无害、容易分离 • 比较容易得到
有标记基因的存 在，可用含青霉 素的培养基鉴别。
有切割位点
能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
常用的分子运输车 有哪些？
• 什么叫黏性末端？
什么叫平末端？
限制酶存在于原核细胞中的作用是什么？ 为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？
二、ＤＮＡ连接酶——“分子缝合针”
１.作用：连接磷酸二酯键
２.DNA连接酶的种类
限制酶切割后产生两种不同的末端。那么恢复它们的连 接时，所用DNA连接酶是否可以不加选择？ E.coliDNA连接酶：连接黏性末端 T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端
DNA聚合酶和DNA连接酶有何相同点和不同点？
连接DNA链 连接部位
DNA连接酶
双链
在两DNA片段之 间形成磷酸二酯键
DNA聚合酶
单链
将单个核苷酸加到 已存在的核酸片段 的3’末端的羟基上， 形成磷酸二酯键
相同点
都能形成磷酸二酯键二者都由蛋白质构成
三、基因进入受体细胞的载体—“分子运输车”
➢ 假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？ ➢ 作为载体没有切割位点将怎样？ ➢ 目的基因是否进入受体细胞，你如何察觉？ ➢ 如果载体对受体细胞有害将怎样？
1.1DNA重组技术的基本工具
2. DNA连接酶——“分子缝合针”
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝 隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的 断口连接起来，这样一个重组的DNA分 子就形成了。
DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？
DNA连接酶 连接DNA链
连接部位
双链
DNA聚合酶
单链
在两DNA片段 之间形成磷酸 二酯键
将单个核苷酸加到已 存在的核酸片段的3’ 末端的羟基上，形成 磷酸二酯键
理：基因重组
操作水平：DNA分子水平 结 果：定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的品种。
思考
在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一 种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实 例？ 现今存在的生物为什么没有在长期的进化过 程中被外源DNA的入侵而灭绝，仍能保持一 种稳定状态？ 怎样才能使外来的DNA失效从而保护自身？
转萤火虫 发光基因 兔
导入人基因具 特殊用途的小 鼠
DNA重组技术的基本工具
工欲善其事, 必先利其器.
基因工程的概念
基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组 技术。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一 种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造， 然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生 物的性状。
原
1、下列黏性末端属于同种内切酶切割而成的 是 A ① T C G ② A A T T C
学案1：1.1 DNA重组技术的基本工具
1.1 DNA重组技术的基本工具
【学习目标】
1．说出基因工程的含义并指出基因工程的主要内容。
2．说出限制性核酸内切酶的含义及作用特点。
3．说出DNA连接酶的作用。
4．简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。
【重点难点】
重点: 1.限制性核酸内切酶的含义及作用特点。
2.说出DNA连接酶的作用
3.运载体的种类及需具备的条件
难点：1.限制性核酸内切酶与DNA连接酶的作用与区别
2. 运载体的种类及需具备的条件
【自主学习】
一、基因工程诞生的理论基础（回忆有关遗传知识）
1、是生物的主要遗传物质。
2、DNA的基本组成单位都是。
3、双链DNA分子的空间结构都是。
4、遗传信息的传递都遵循。
5、生物界共用一套。
二、基因工程的基本工具
（一）限制性核酸内切酶——分子手术刀
1、来源：主要从中分离。
2、功能：能够识别双链DNA分子的某种序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的（氢键或磷酸二酯键）断开。
3、切割后的末端有和。
（选一选）下列关于限制酶的说法正确的是（）
A、限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少
B、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C、不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端
D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键
（二）DNA连接酶——分子缝合针
1、功能：DNA连接酶能够将的（即具有黏性末端）两个片段连接起来，拼接的位置是由限制酶断开的。
2、种类：从中分离得到的从T4噬菌体中分离得到的。
3、两种DNA连接酶的区别：。
4、DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
（三）运载体——分子运输车
（1）现在通常使用的载体是，它是一种相对分子质量较小、独立于拟核DNA之外的环状。
高中生物 选修3 教材 课后习题 答案【word2003,精心校对、修改版】
高中生物选修3 教材答案【精心校对、修改版】
♫1.1 DNA重组技术的基本工具
（一）思考与探究
1.限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不同限制酶切割形成的DNA 片段：
(1) …CTGCA (2) …AC (3) GC…（4）…G
…G …TG CG……CTTAA
(5) G… (6) …GC(7) GT…(8)AATTC…
ACGTC… …CG C A…G…
你是否能用DNA连接酶将它们连接起来？
答：2和7能连接形成…ACGT…
…TGCA…；
4和8能连接形成…GAATTC…
…CTTAAG…；
3和6能连接形成…GCGC…
…CGCG…；
1和5能连接形成…CTGCAG…
…GACGTC…。
2.联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？
提示：迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵（本题不要求学生回答的完全，教师可参考教师用书中的提示，根据学生的具体情况，给予指导。上述原则也应适用于其他章节中有关问题的回答）。
3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？
1.1 DNA重组技术的基本工具0
1.1 DNA重组技术的基本工具
高二生物组
DNA重组技术的基本工具
• 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
• DNA连接酶——“分子缝合针”
• 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
分布：主要在原核生物中 作用特点：特异性，即识别特定核 苷酸序列，切割特定的两个 核苷酸之间的磷酸二酯键。
载体的作用：
1、将外源基因转移到受体细胞中去。 2、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。
质粒
质粒是基因工程最常用 的运载体。 它是一种裸露的、结构 简单、独立于细菌拟核 DNA之外，并具有自我 复制能力的很小的环状 DNA分子。 大小只有普通细菌拟核 DNA的百分之一。
要对天然质粒进行人工改造
练习
不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 （ D）
D、它是环状DNA
1.1 DNA重组技术的基本工 具
• DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？
议一议
1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？ 双链DNA 2、能否用SARS病毒作为基因载体？ 不能 3、作为载体，若没有切割位点将怎样？ 不能进行DNA的重组 4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞， 如何鉴定？ 载体上应有标记基因 5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制， 将怎样？ 可能造成基因丢失
高二生物组
DNA重组技术的基本工具
• 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
• DNA连接酶——“分子缝合针”
• 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
分布：主要在原核生物中 作用特点：特异性，即识别特定核 苷酸序列，切割特定的两个 核苷酸之间的磷酸二酯键。
载体的作用：
1、将外源基因转移到受体细胞中去。 2、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。
质粒
质粒是基因工程最常用 的运载体。 它是一种裸露的、结构 简单、独立于细菌拟核 DNA之外，并具有自我 复制能力的很小的环状 DNA分子。 大小只有普通细菌拟核 DNA的百分之一。
要对天然质粒进行人工改造
练习
不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 （ D）
D、它是环状DNA
1.1 DNA重组技术的基本工 具
• DNA连接酶与DNA聚合酶一样吗？为什么？
议一议
1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？ 双链DNA 2、能否用SARS病毒作为基因载体？ 不能 3、作为载体，若没有切割位点将怎样？ 不能进行DNA的重组 4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞， 如何鉴定？ 载体上应有标记基因 5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制， 将怎样？ 可能造成基因丢失
DNA重组技术的基本工具(动画很经典) - 副本
都是蛋白质 不需要 在两个DNA片 段之间形成磷 酸二酯键 需要
只能将单个核苷 酸连接到已有的 DNA片段上，形 成磷酸二酯键
模板 作用对象
不 同 点
作用结果 用途
形成完整的重 组DNA分子 基因工程
形成DNA的一条 链
DNA复制
核苷酸分子的连接： DNA聚合酶连接单链DNA
把单个脱氧核苷酸连接到DNA片段上 A T
原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物 通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶 在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机 的细胞，其DNA分子中不具备这种限制酶 制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细 的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲 菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会 基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶 利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的 不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某 安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切 种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并 割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的 且可以防止外源DNA的入侵。 目的。
注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口， 但不能连接单链DNA！
DNA连接酶的缝合作用
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来， 但效率较低
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
只能将单个核苷 酸连接到已有的 DNA片段上，形 成磷酸二酯键
模板 作用对象
不 同 点
作用结果 用途
形成完整的重 组DNA分子 基因工程
形成DNA的一条 链
DNA复制
核苷酸分子的连接： DNA聚合酶连接单链DNA
把单个脱氧核苷酸连接到DNA片段上 A T
原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物 通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶 在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机 的细胞，其DNA分子中不具备这种限制酶 制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细 的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲 菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会 基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶 利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的 不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某 安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切 种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并 割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的 且可以防止外源DNA的入侵。 目的。
注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口， 但不能连接单链DNA！
DNA连接酶的缝合作用
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来， 但效率较低
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA重组技术的基本工具
载体的作用
（1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存
载体的必要 条件
（2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接
（3）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择
载体的种类
（1）细菌的质粒 （2）病毒：λ噬菌体衍生物、动植物病毒等
1.1 DNA重组技术的基本工具
具有绿色荧光蛋白基因的水母能发出绿色的荧光
1.1 DNA重组技术的基本工具
转入水母绿色荧光蛋白基因后的小鼠
1
基因工程
（1）概念： 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设 计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予 生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要 的新的生物类型和生物产品。 （2）别名： DNA重组技术 （3）原理： 基因重组 （4）操作环境：体外操作 （5）操作水平：DNA分子水平
（1）种类： E·coli DNA连接酶、T4 DNA连接酶 （2）作用： 形成磷酸二酯键
基因A
基因B
将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制 酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 ,这样一个 重组的DNA分子就形成了。
4
载体--质粒
（1）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中 （2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制
1
基因工程
（6）理论基础：
DNA是遗传物质 生物的遗传信息流动遵循中心法则 生物共用一套密码子
DNA重组技术的基本工具
1.1 DNA重组技术的基本工具
重点:
1、限制性核酸内切酶的种类及作用；
2、DNA连接酶的种类及作用。
难点：基因工程运载体的种类及作用；
作为运载体应具备的条件。
一、基因工程
1．对概念的分析
应用技术 操作场所 操作对象
DNA重组、转基因等技术 生物体外 基因 DNA分子水平 剪切→拼接→导入→表达 人类需要的生物性状
___________________________________。
【答案】
(1) 磷酸二酯键
限制酶
(2) 黏性末端
(3)DNA连接
E·coli DNA连接酶或T4 DNA连接酶
3 ．下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的
描述，错误的是( )
A ．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定
的脱氧核苷酸序列
原核生物，一般用质粒做载体。
(3)质粒作为运载体应具备的条件：
①能在受体细胞内稳定保存并大量复制。
②有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。
③具有某些标记基因，以便进行筛选。
④载体应对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将
受到损伤甚至死亡。
思考： 作用于磷酸二酯键和氢键的酶分别有哪些？
、DNA水解酶。
(3)作用结果：DNA分子经限制酶切割产生的
DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端
重点:
1、限制性核酸内切酶的种类及作用；
2、DNA连接酶的种类及作用。
难点：基因工程运载体的种类及作用；
作为运载体应具备的条件。
一、基因工程
1．对概念的分析
应用技术 操作场所 操作对象
DNA重组、转基因等技术 生物体外 基因 DNA分子水平 剪切→拼接→导入→表达 人类需要的生物性状
___________________________________。
【答案】
(1) 磷酸二酯键
限制酶
(2) 黏性末端
(3)DNA连接
E·coli DNA连接酶或T4 DNA连接酶
3 ．下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的
描述，错误的是( )
A ．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定
的脱氧核苷酸序列
原核生物，一般用质粒做载体。
(3)质粒作为运载体应具备的条件：
①能在受体细胞内稳定保存并大量复制。
②有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。
③具有某些标记基因，以便进行筛选。
④载体应对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将
受到损伤甚至死亡。
思考： 作用于磷酸二酯键和氢键的酶分别有哪些？
、DNA水解酶。
(3)作用结果：DNA分子经限制酶切割产生的
DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端
1.1DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具 DNA重组技术的基本工具
• “分子缝合针”——DNA连接酶 分子缝合针”——DNA连接酶
—
G C T
A T
A A
T A
T
C G
DNA连接酶可把黏性末端之间的 DNA连接酶可把黏性末端之间的缝 连接酶可把黏性末端之间的缝 缝合”起来， 隙“缝合”起来，是把梯子两边扶手的 断口连接起来，这样一个重组的DNA分 断口连接起来，这样一个重组的DNA分 子才能形成。 子才能形成。
专题1 基因工程 专题1
DNA重组技术的基本工具 DNA重组技术的基本工具
分子手术刀—限制性内切酶 分子手术刀 限制性内切酶 分子缝合针—DNA连接酶 连接酶 分子缝合针 分子运输车—基因载体 分子运输车 基因载体
DNA重组技术的基本工具 DNA重组技术的基本工具
“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶） 分子手术刀” 限制性核酸内切酶（ 分子手术刀 限制性核酸内切酶 简称限制酶） 大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别 的一种限制酶能识别 大肠杆菌 的一种限制酶 GAATTC序列，并在 和A之间切开。 序列， 之间切开。 序列 并在G和 之间切开
↓
G C A T A T T A T A C G
↓
G A A T T C
C T T A A G
DNA重组技术的基本工具 DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具 课件
DNA连接酶可把平未端或黏性末端之间的缝隙 “缝合”起来，即相当于把梯子两边的扶手的断 口连接起来，这样一个重组DNA分子就形成了。
3.分子运载车——运载体 （1） 作用： 将目的基因送入受体细胞
（2） 具备的条件：
a.能自我复制. b.具有一个或多个酶切位点. c.有标记基因. d.对受体细胞无害. （3）种类： 质粒、噬菌体、动植物病毒
DNA重组技术的基本工具
基因工程概念
基因工程是指按照人们的意愿，进行 严格的设计，并通过体外DNA重组和 转基因等技术，赋予生物以新的遗传特 性，从而创造出更符合人们需要的新的 生物类型和生物产品。
由于基因工程是在DNA分子水平上进 行设计和施工的，因此又叫做DNA重 组技术
定向改造生物啦！
基因工程相关要点
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达
实质
基因重组
结果
新生物类型、生物产品
重难点剖析: 基因工程的“专用工具”
1.限制性核酸内切酶 黏性末端
来Ec源oR：I 主要从原核细黏胞性分末离端 作用：一种限制性内切酶只能识别双链DNA分子的某
1、基因工程又叫做_基__因_ 拼接技__术_或D__N_A__重__组__技_ 术。
3.分子运载车——运载体 （1） 作用： 将目的基因送入受体细胞
（2） 具备的条件：
a.能自我复制. b.具有一个或多个酶切位点. c.有标记基因. d.对受体细胞无害. （3）种类： 质粒、噬菌体、动植物病毒
DNA重组技术的基本工具
基因工程概念
基因工程是指按照人们的意愿，进行 严格的设计，并通过体外DNA重组和 转基因等技术，赋予生物以新的遗传特 性，从而创造出更符合人们需要的新的 生物类型和生物产品。
由于基因工程是在DNA分子水平上进 行设计和施工的，因此又叫做DNA重 组技术
定向改造生物啦！
基因工程相关要点
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程 剪切 → 拼接 → 导入 → 表达
实质
基因重组
结果
新生物类型、生物产品
重难点剖析: 基因工程的“专用工具”
1.限制性核酸内切酶 黏性末端
来Ec源oR：I 主要从原核细黏胞性分末离端 作用：一种限制性内切酶只能识别双链DNA分子的某
1、基因工程又叫做_基__因_ 拼接技__术_或D__N_A__重__组__技_ 术。
1.1DNA重组技术的基本工具
限制酶作用过程：
注意观察限制酶切割的部位
重播
限制酶的切点：
磷酸二酯键
磷酸和脱氧 核糖之间的 化学键
磷 酸 二 酯 键
根据限制酶作用特点分析：
P7：2、原核生物限制酶为什么不剪
切本身的DNA？
原核生物本身的DNA分子中一般不 具备这种限制酶的识别切割序列。
限制酶所识别的序列有什么特点
大多数由6个核苷酸组成，少数4、5或8个。 呈碱基互补对称，无论是奇数个还是偶数个碱 基，都可以找到一条中轴线，其两侧的双链 DNA上的碱基是反向对称重复排列的。
运载体必须具备什么条件？
5、运载体DNA分子大小应适合，以便提取 和在体外进行操作，太大就不便操作。
P7：3、天然DNA分子可以直接 用作基因工程运载体吗？ 自然存在的质粒DNA分子并不完全具 备上述条件，往往都要进行人工改造 后才能用于基因工程操作。
运载体存在于许多细菌和酵母菌中，作为运载体几个条 件的具体表现： 最常用的是大肠杆菌的质粒。 独立于细菌拟核DNA之外 1、复制原点： 的一种可以自我复制、 说明能复制并能带着 双链闭环的裸露DNA分子
DAN
目的基因一起复制 2、目的基因插入位点：
质粒
目的基因 插入位点 氨苄青霉素 抗性基因 复制原点
大肠杆菌细胞
有限制酶切割位点
3、氨苄青霉素抗性基因：
1.1 DNA重组技术的基本工具
1．下表为几种限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点。如 图，已知某DNA在目的基因的两端1、2、3、4四处有BamHⅠ或 EcoRⅠ或PstⅠ的酶切位点。现用BamHⅠ和EcoRⅠ两种酶同时 切割该DNA片段（假设所用的酶均可将识别位点完全切开），下 列各种酶切位点情况中，可以防止酶切后单个含目的基因的DNA 片段自身连接成环状的是（ ）
A．1 为BamHⅠ，2为EcoRⅠ，3为BamHⅠ，4为PstⅠ B．1 为EcoRⅠ，2为BamHⅠ，3为BamHⅠ，4为PstⅠ C．1 为PstⅠ，2为EcoRⅠ，3为EcoRⅠ，4为BamHⅠ D．1 为BamHⅠ，2为EcoRⅠ，3为PstⅠ，4为EcoRⅠ
2．某质粒上有SalⅠ、HindⅢ、BamH I三种限制酶切割位点， 同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获 得转基因抗盐烟草的过程如图所示，请回答下列问题：
同向插入
反向插入 目的基因插入方向不同，将导致出现不同 的基因产物
探究活动：模拟重组DNA
探究一：如果条件充分，此时我们得到的目的基因 和载体是否能够成功连接？
探究二：将多个EcoRI酶切后的载体与目的基因混合 后，加入DNA连接酶，其连接产物可能有哪些种？请 大家wenku.baidu.com试操作。
探究三：我们如何解决目的基因定向插入这个问题 呢？
⑴ 将含有目的基因的DNA与质粒分别用Sal I酶切，酶切产物用________ 催化 连接后，两个DNA片段的连接结果有_______________种。 ⑵ 构建重组质粒时，应选用__________________两种酶对______________ 进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。
专题1-1 DNA重组技术的基本工具-试题君之K三关2017-20
专题1 基因工程
1.1 DNA重组技术的基本工具
一、基因工程的概念
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过和等技术，赋予生物以新的，从而创造出更符合人们需要的和。由于基因工程是在水平上进行设计和施工的，因此又叫。
二、DNA重组技术的基本工具
1．“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(简称：限制酶)
（1）主要是从_________________中分离纯化出来的。
（2）作用：识别特定的____________________并切开特定部位的两个核苷酸之间的______________。
（3）结果：产生____________或平末端。
2．“分子缝合针”—— DNA连接酶
（1）种类：按来源可分为E·coli DNA连接酶和_______________________。
（2）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_____________。
（3）DNA连接酶和限制酶的关系
3．“分子运输车” ——载体
（1）种类：（最常用）、、。
（2）作为载体DNA必须满足的条件
①必须有一个或多个，以便目的基因插入。
②必须具备_________________的能力，或整合到受体染色体DNA上，随染色体DNA的复制进
行___________________________。
③必须带有，以便重组后进行重组DNA的筛选。
④必须是，不会对受体细胞有害。
⑤载体DNA分子，以便提取和在体外进行操作。
（3）载体的作用
①作为工具，将目的基因转移到受体细胞中。
②在受体细胞中复制，从而使目的基因也大量。
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连接黏性末端
T4 DNA连接酶
连接黏性末端和平末端
2、作用部位：
磷酸二酯键
基因进入受体细胞的载体
通常有三种:
质粒 λ 噬菌体衍生物 动植物病毒
作为载体的条件： 能自我复制；有切割位点； 有遗传标记基因；对受体细胞无害、易分离 在进行基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是 在 天然质粒 基础上进行过
专题1 基因工程
基因工程是指按照人 们的愿望，进行严格 的设计，并通过体外 DNA重组和转基因等技 术，赋予生物以新的 遗传特性，从而创造 出更符合人们需要的 新的生物类型和生物 产品。由于基因工程 是在 DNA 分子水平上进 行设计和施工的，因 此又叫做DNA重组技术。
第1节
安徽省含山中学
王冰
问题探讨
手术刀
培育抗虫棉 缝合针 需要哪些基 运输工具 本工具 ?
自主学习
阅读课本4-5页“限制性核酸内切酶——分子 手术刀”的相关内容，填写下表
来源 种类 作用
主要从原核生物中分离纯化而来 已经分离出大约4000种 1、识别双链DNA分子的某种特定核 苷酸序列 2、使每一条链中特定部位的两个核 苷酸之间的磷酸二酯键断开。
↓
末端。
— GATC —„„— GATC — — CTAG↑—„„— CTAG↑—
↓
目的基因
↓
用酶Ⅱ切割
（3）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形 成的黏性末端能否连接？为什么？ 可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏 性末端是相同的（或是可以互补的）
— GATC—„„— —CTAG —„„—CTAG
7
EcoRI限制酶的作用
大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)只能识别GAATTC 序列，并在G和A之间切开。 在G与A之 间切割 中轴线
EcoRI限制酶的切割
黏性末端
被限制酶切开的DNA两条 单链的切口，带有几个伸出的 核苷酸，他们之间正好互补配 对，这样的切口叫黏性末端。
黏性末端
SmaI限制酶的作用
SmaI只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。
在G与C之 间切割
中轴线
SmaI限制酶的切割
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA 两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。
平末端
平末端
寻根问底
你能推测限制酶存在于原核生物中的 为什么限制酶不剪切细菌本身的 DNA？ 作用是什么吗？ 通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶 原核生物易受自然界外源DNA的入侵，但生物 在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机 的细胞，其 DNA分子中不具备这种限制酶 制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细 的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲 菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会 基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶 利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的 不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某 安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切 种限制酶也不会使自身的 DNA 被切断，并 割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的 且可以防止外源 DNA的入侵。 目的。
DNA聚合酶的作用
A T A T T A T A G C
DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶
A
A T
T
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课本知识回顾 基因工程又叫做 基因拼接技术 或 DNA重组技术。通俗地说，就 是按照人们的意愿，把一种生物 基因 的某种 提取出来，加以 修饰改造 然后放 ， 到另一种生物的细胞里， 改造生物的遗传性状。 定向地
目的基因
GATC— —
自主学习
阅读课本第6页“分子运输车”——运载体 的相关内容，填写下表
1）作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中
载体的作用
2）在受体细胞内对目的基因进行大量复制 1）能够在宿ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细胞中复制并稳定地保存。
载体的必 要条件
2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。 3）具有某些标记基因，便于进行鉴定和选择。 4）必须是安全的 ，对受体细胞无害。 5）载体DNA 分子应大小适中，以便于提取和操作 ①细菌的质粒
限制性核酸内切酶
• 主要是从 原核生物中分离纯化出来 的一种酶。 • 识别双链DNA 分子的某种 特定的核苷酸序列 ，
• 并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间 磷酸二酯键 断开。 的 • 形成两种末端
粘性末端
平末端
“分子缝合针” —— DNA连接酶 1、种类：
两类
E· coli DNA连接酶
DNA连接酶的缝合作用
可把黏性末端之间的 缝隙“缝合”起来， 两DNA片段要具有互补 的黏性末端才能拼起来
注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的DNA单链缺口， 但不能连接单链DNA！
DNA连接酶的缝合作用
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来， 但效率较低
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
作用结 果
形成两种末端：黏性末端或 平末端
脱氧核苷酸的结构
5’ 4’ 3’ 1’ 2’
磷酸二酯键
5’
A
1’
5’端
3’端
4’
3’ 2’
3’,5’-磷 酸二酯 键
5’ 4’ 3’
G
1’ 2’
5’端 3’端
限制酶的识别序列
仔细观察各限制酶 识别的特定序列有 何 特点？
限制酶所识别的序列的特点是： 呈现碱基互补对称，无论是6个 碱基还是4个碱基，都可以找到 一条中心轴线，中轴线两侧的 双链DNA上的碱基是反向对称 重复排列的 ，称为回文序列
D、目的基因的检测和表达
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DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
相 同 点
作用实质
化学本质
都能催化形成磷酸二酯键
都是蛋白质 不需要 在两个DNA片 段之间形成磷 酸二酯键 需要
只能将单个核苷 酸连接到已有的 DNA片段上，形 成磷酸二酯键
模板 作用对象
不 同 点
作用结果 用途
形成完整的重 组DNA分子 基因工程
形成DNA的一条 链
DNA复制
小试身手
限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制 性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有 酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。 （1）请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。
—G GATC C— 用酶Ⅰ切割 —G GATCC— — C CTAG↑G— （ 2）请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性 —CCTAG G—
载体的种类
②病毒：λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。
最常用运载体——质粒
质粒——裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体（即拟核
DNA）之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。
有标记基因的存 在，可用含青霉 素的培养基鉴别。
能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
有切割位点
实际上在基因 工程操作中， 真正被用作载 体的质粒，都 是在天然质粒 的基础上进行 过人工改造的。
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阅读课本第5页“分子缝合针”——DNA连接 酶的相关内容，填写下表
类型
来源
功能
相同点 差别
E· coliDNA连接酶 大肠杆菌 恢复磷 只能连接黏性末端 酸二酯 能连接黏性末端和 T4DNA连接酶 T4噬菌体 键 平末端(效率较低)
DNA连接酶的作用
把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将 脱氧核糖和磷酸连接起来催化形成磷酸二酯 键
人工改造
的
练习
• 在基因工程中，切割运载体和 含有目的基因的DNA片段，需 使用（ ） A. 同种限制酶 B. 两种限制酶 C. 同种连接酶 D. 两种连接酶
练习
不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 （ D）
D、它是环状DNA
练习
3) 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施 工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱 基互补配对的步骤是 （ C） A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞